为了工业锅炉安全、高效运行,使用普通水相当于在锅炉内部“埋雷”,而超纯水则是为了拆除这些“雷”。主要原因可以归结为以下几点,都与普通水中所含的杂质有关:
1. 防止结垢普通水的问题: 普通水中含有钙、镁等硬度离子。在高温高压下,这些离子会与碳酸根、硫酸根等结合,形成坚硬、致密的水垢(主要成分为碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙等)。
结垢的四大危害:严重降低热效率: 水垢的导热能力极差,不到钢材的1%。1毫米厚的水垢就能使燃料消耗增加5%~8%。这会造成巨大的能源浪费。导致金属过热,引发爆管: 水垢像一层“保温棉”,阻碍热量传递给炉水,导致金属管壁温度急剧升高。钢材在高温下强度下降,在内部压力作用下,可能发生鼓包、变形,终导致爆管等灾难性事故。影响水循环: 水垢会堵塞管道,破坏锅炉正常的水循环。缩短锅炉寿命: 反复的结垢和清洗(尤其是酸洗)会腐蚀和损伤锅炉本体。
2. 防止汽水共腾(起泡、带水)普通水的问题: 水中的溶解性盐类、油脂、胶体、硅化物等杂质会提高炉水的表面张力,在蒸发面产生大量、稳定的泡沫。汽水共腾的危害: 这些泡沫会随着蒸汽一起进入蒸汽管道和下游设备(如汽轮机)。这会导致:蒸汽品质恶化: 湿蒸汽会损坏精密设备(如汽轮机叶片)。水位控制失灵: 虚假水位导致自动控制系统误动作。盐分在过热器和汽轮机中沉积: 泡沫中的盐分在高温部位析出,形成更难处理的盐垢,危害更大。
3. 防止腐蚀普通水的问题: 水中溶解的氧气和二氧化碳是主要的腐蚀性气体。在高温下,它们会与钢铁发生电化学反应,造成氧腐蚀和酸性腐蚀,使锅炉金属壁变薄、穿孔。超纯水的处理: 除了去除离子,水处理过程还会通过除氧器、添加化学除氧剂(如亚硫酸钠)等手段,几乎完全除去水中的溶解氧,从根本上抑制腐蚀。
4. 防止硅酸盐沉积普通水的问题: 水中的二氧化硅(硅酸盐) 在高压锅炉中溶解度很高,会溶解在蒸汽中。当蒸汽在低压的汽轮机中做功时,二氧化硅会析出,在汽轮机叶片上形成玻璃状坚硬沉积物,严重破坏转子的动平衡,影响出力和效率,清理极其困难。什么是“超纯水”?工业上如何获得?工业锅炉用水(尤其是中高压锅炉)并非理论意义上的绝对纯水,而是经过严格处理的除盐水或高纯水。
主要制备工艺包括:预处理: 过滤、沉淀,去除悬浮物、胶体。软化/除盐:离子交换法: 使用树脂去除钙、镁、钠等阳离子和氯根、硫酸根等阴离子。反渗透法: 利用高压使水通过反渗透膜,截留绝大部分(>98%)的溶解盐和有机物,这是目前主流的预脱盐技术。深度处理: 将反渗透产水再进行电去离子(EDI) 或二级离子交换,得到电阻率高达10-18 MΩ·cm的高纯水。除氧: 通过热力除氧器或真空除氧器,物理去除大部分溶解氧。